CN107393267A - 一种污水智能监控管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种污水智能监控管理系统，包括污水现场监测模块、通信模块和污水监控管理模块；所述的污水现场监测模块用于基于无线传感器网络采集污水参数，并将污水参数通过通信模块传送至污水监控管理模块；还包括智能终端，所述的智能终端与污水监控管理模块通信连接，当污水参数超过对应污水参数阈值时，污水监控管理模块向智能终端发送报警信号。本发明利用无线传感器网络技术实现了污水的监测，使得环保相关部门能够及时发现水环境污染事故，对事故的发生和发展进行监测评估，制定紧急对策和措施。

Description

一种污水智能监控管理系统
技术领域
本发明涉及污水监测技术领域，具体涉及一种污水智能监控管理系统。
背景技术
水域环境监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学决策的依据。水域环境监测是环境保护管理部门监管的重要内容之一，目前我国对大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测，对赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。当大江、大河及大型湖泊等突发水环境污染事故时，现有常规手段无法实现迅速、准确、动态地监测与预报，以致环保相关部门难以快速、恰当地作出决策。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种污水智能监控管理系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种污水智能监控管理系统，包括污水现场监测模块、通信模块和污水监控管理模块；所述的污水现场监测模块用于基于无线传感器网络采集污水参数，并将污水参数通过通信模块传送至污水监控管理模块。
优选地，所述的污水监控管理模块包括污水数据接收模块、污水数据存储模块、污水数据处理模块、阈值数据库和污水数据显示模块；污水数据接收模块与通信模块连接，污水数据接收模块、污水数据存储模块、污水数据处理模块、阈值数据库依次连接，污水数据显示模块与污水数据处理模块连接。
优选地，所述的智能终端与污水监控管理模块通信连接，阈值数据库存储有污水参数阈值，所述的污水数据处理模块将收到的污水参数与阈值数据库中的对应污水参数阈值进行比较，当污水参数超过对应污水参数阈值时向智能终端发送报警信号。
优选地，所述的污水参数包括水温、PH值、浊度、电导率、溶解氧含量。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术实现了污水的监测，使得环保相关部门能够及时发现水环境污染事故，对事故的发生和发展进行监测评估，制定紧急对策和措施。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的结构框图；
图2是本发明污水监控管理模块的连接框图。
附图标记：
污水现场监测模块1、通信模块2、污水监控管理模块3、智能终端4、污水数据接收模块10、污水数据存储模块20、污水数据处理模块30、阈值数据库40、污水数据显示模块50。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种污水智能监控管理系统，包括污水现场监测模块1、通信模块2和污水监控管理模块3；所述的污水现场监测模块1用于基于无线传感器网络采集污水参数，并将污水参数通过通信模块2传送至污水监控管理模块3。
优选地，所述的污水监控管理模块3包括污水数据接收模块10、污水数据存储模块20、污水数据处理模块30、阈值数据库40、污水数据显示模块50；污水数据接收模块10与通信模块2连接，污水数据接收模块10、污水数据存储模块20、污水数据处理模块30、阈值数据库40依次连接，污水数据显示模块50与污水数据处理模块30连接。
进一步地，污水智能监控管理系统还包括智能终端4，所述的智能终端4与污水监控管理模块3通信连接，阈值数据库存储有污水参数阈值，所述的污水数据处理模块将收到的污水参数与阈值数据库中的对应污水参数阈值进行比较，当污水参数超过对应污水参数阈值时向智能终端4发送报警信号。
优选地，所述的污水参数包括水温、PH值、浊度、电导率、溶解氧含量。
优选地，所述的污水现场监测模块1包括移动基站和多个污水监测节点，所述的污水监测节点固定设置于设定的监测区域内，污水监测节点通过分簇形式将采集的污水参数发送至移动基站，进而由基站将污水参数通过通信模块2发送至污水监控管理模块3。
优选地，所述的污水监测节点在分簇期间选择用于对簇内污水监测节点的污水参数进行汇聚的簇头节点时，具体执行：
(1)进行簇头节点参选时，监测到污水参数的任一污水监测节点生成一个“簇头节点参选”消息，计算“簇头节点参选”消息的延迟发送时间，并在超过延迟发送时间后向其通信范围内的邻居节点发送“簇头节点参选”消息，其中延迟发送时间的计算公式为：
当时，
当时，
WS(Hγ)＝0
式中，WS(Hγ)表示监测到污水参数的污水监测节点Hγ发送“簇头节点参选”消息的延迟发送时间，TSmax为设定的最大延迟发送时间阈值，Hμ表示Hγ通信范围内的第μ个污水监测节点，表示Hμ到Hγ之间的跳数，Nγ表示Hγ通信范围内的污水监测节点个数，表示Hγ到移动基站Ho当前位置之间的跳数，为Hγ的剩余能量值，为Hμ的剩余能量值；
(2)发送成功的污水监测节点成为簇头节点，若污水监测节点在延迟发送时间之前接收到其他污水监测节点发送的“簇头节点参选”消息，则取消自身“簇头节点参选”消息的发送，并成为簇成员节点，并选择距离最近的簇头节点加入簇。
本优选实施例在进行簇头节点的选择时，由于污水监测节点延迟一定的时间发送“簇头节点参选”消息，在此之前接收到其他污水监测节点发送的“簇头节点参选”消息，则取消自身“簇头节点参选”消息的发送，从而能够降低消息发送量，节省簇头节点选择的通信开销，提高簇头节点的竞选速度，有利于节省污水智能监控管理系统的通信成本。
优选地，移动基站根据各簇头节点的位置移动到最优位置，对簇头节点汇聚的污水参数进行收集，其中的最优位置按照下列公式计算：
式中，表示移动基站根据各簇头节点的位置移动到的最优位置，Hab表示第a个簇头节点所在簇内的第b个污水监测节点，表示Hab的位置，Ma表示第a个簇头节点所在簇具有的污水监测节点数目，Φ表示簇头节点的数目，Qa表示第a个簇头节点的剩余能量值，表示移动基站未移动前的位置与位置之间的距离。
本优选实施例按照上述公式计算移动基站移动后停留的最优位置，能够有效缩短污水参数传输的距离，并且增大剩余能量值高的簇头节点成为移动基站一跳邻居的概率，有利于节省污水参数传输的能耗，降低污水智能监控管理系统在污水参数采集和处理方面的整体开销，提高污水参数传输的可靠度，保障污水智能监控管理系统有效运行。
所述的簇头节点在剩余能量低于设定的能量阈值时进行簇头节点轮换，具体为：
(1)簇头节点确定其邻居节点的簇头竞争能力值，其中簇头竞争能力值的计算公式为：
式中，Hij表示簇头节点Hi的第j个邻居节点，表示Hij的簇头竞争能力值，表示Hij的剩余能量值，表示Hi的剩余能量值，QT为设定的最小剩余能量阈值，表示簇头节点Hi到移动基站H0当前位置的跳数，表示Hij到移动基站H0当前位置的跳数，表示Hij在簇头节点Hi工作期间传输污水参数的总次数，y(·)、f(·)皆为取值函数，当 时，当时，当时，当时，
(2)选择簇头竞争能力值最大的邻居节点作为新的簇头节点，完成簇头节点轮换。
本优选实施例中，簇头节点在剩余能量低于设定的能量阈值时按照上述方式进行簇头节点轮换，能够均衡污水监测节点之间的能耗，较为快速地节省簇头节点轮换的时间，尽量节省簇头节点轮换带来的耗能，从而降低污水智能监控管理系统在污水参数采集和处理方面的整体开销，达到节能的有益效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种污水智能监控管理系统，其特征是，包括污水现场监测模块、通信模块和污水监控管理模块；所述的污水现场监测模块用于基于无线传感器网络采集污水参数，并将污水参数通过通信模块传送至污水监控管理模块。
2.根据权利要求1所述的一种污水智能监控管理系统，其特征是，所述的污水监控管理模块包括污水数据接收模块、污水数据存储模块、污水数据处理模块、阈值数据库和污水数据显示模块；污水数据接收模块与通信模块连接，污水数据接收模块、污水数据存储模块、污水数据处理模块、阈值数据库依次连接，污水数据显示模块与污水数据处理模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种污水智能监控管理系统，其特征是，还包括智能终端，所述的智能终端与污水监控管理模块通信连接，阈值数据库存储有污水参数阈值，所述的污水数据处理模块将收到的污水参数与阈值数据库中的对应污水参数阈值进行比较，当污水参数超过对应污水参数阈值时向智能终端发送报警信号。
4.根据权利要求1所述的一种污水智能监控管理系统，其特征是，所述的污水现场监测模块包括移动基站和多个污水监测节点，所述的污水监测节点固定设置于设定的监测区域内，污水监测节点通过分簇形式将采集的污水参数发送至移动基站，进而由基站将污水参数通过通信模块发送至污水监控管理模块。
5.根据权利要求4所述的一种污水智能监控管理系统，其特征是，所述的污水监测节点在分簇期间选择用于对簇内污水监测节点的污水参数进行汇聚的簇头节点时，具体执行：
(1)进行簇头节点参选时，监测到污水参数的任一污水监测节点生成一个“簇头节点参选”消息，计算“簇头节点参选”消息的延迟发送时间，并在超过延迟发送时间后向其通信范围内的邻居节点发送“簇头节点参选”消息，其中延迟发送时间的计算公式为：
当时，
<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mi>S</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>max</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </msub> </mrow> <mrow> <munder> <mi>max</mi> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;mu;</mi> </msub> </msub> <mo>+</mo> <munder> <mi>min</mi> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;mu;</mi> </msub> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <munder> <mi>max</mi> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;mu;</mi> </msub> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
当时，
WS(Hγ)＝0
式中，WS(Hγ)表示监测到污水参数的污水监测节点Hγ发送“簇头节点参选”消息的延迟发送时间，TSmax为设定的最大延迟发送时间阈值，Hμ表示Hγ通信范围内的第μ个污水监测节点，表示Hμ到Hγ之间的跳数，Nγ表示Hγ通信范围内的污水监测节点个数，表示Hγ到移动基站Ho当前位置之间的跳数，为Hγ的剩余能量值，为Hμ的剩余能量值；
(2)发送成功的污水监测节点成为簇头节点，若污水监测节点在延迟发送时间之前接收到其他污水监测节点发送的“簇头节点参选”消息，则取消自身“簇头节点参选”消息的发送，并成为簇成员节点，并选择距离最近的簇头节点加入簇。
6.根据权利要求5所述的一种污水智能监控管理系统，其特征是，所述的簇头节点在剩余能量低于设定的能量阈值时进行簇头节点轮换，具体为：
(1)簇头节点确定其邻居节点的簇头竞争能力值，其中簇头竞争能力值的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <mo>=</mo> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>H</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>H</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>M</mi> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
式中，Hij表示簇头节点Hi的第j个邻居节点，表示Hij的簇头竞争能力值，表示Hij的剩余能量值，表示Hi的剩余能量值，QT为设定的最小剩余能量阈值，表示簇头节点Hi到移动基站H0当前位置的跳数，表示Hij到移动基站H0当前位置的跳数，表示Hij在簇头节点Hi工作期间传输污水参数的总次数，y(·)、f(·)皆为取值函数，当 时，当时，当时，当时，
(2)选择簇头竞争能力值最大的邻居节点作为新的簇头节点，完成簇头节点轮换。
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